Варианты интерфейса и структуры экспертных систем

Размещено на http://www.allbest.ru/

Математическая морфология.

Электронный математический и медико-биологический журнал.

Том 9. Вып. 1. 2010.

УДК 519.711

Варианты интерфейса и структуры экспертных систем

Круглов В.В.

Аннотация

Рассмотрена концепция построения пользовательского интерфейса и структуры экспертных систем. Показана целесообразность минимизации числа входных информационных признаков, представление базы знаний системы в виде иерархического дерева и наличия множества альтернатив для каждой элементарной ситуации.

Ключевые слова: структура экспертных систем, базы данных системы.

The concept of construction of user interface and structure of expert systems is considered. The expediency of minimization of number of entry information signs, representation of a knowledge base of system as a hierarchical tree and presence of set of alternatives of each elementary situation is shown.

Key words: structure of expert systems, a knowledge base of system.

Введение

В статье рассмотрены различные варианты пользовательского интерфейса и структуры экспертных систем (ЭС).

Постановка задачи. Предположим, что при проектировании ЭС заданными считаются: множество входных информационных признаков X, множество возможных ситуаций S, множество альтернатив действий (решений) A. Необходимо: сформулировать требования к пользовательскому интерфейсу ЭС и вытекающие из них возможные конфигурации структуры ЭС.

экспертная система база интерфейс

Анализ задачи и предлагаемое решение

Рассмотрим типовые этапы функционирования ЭС статического типа [1] в процессе выработки рекомендаций пользователю (лицу, принимающему решение, ЛПР):

1) ввод текущих информационных признаков x*X, характеризующих ситуацию;

2) идентификация (распознавание) ситуации s(x*) = s*S;

3) сопоставление с данной ситуаций наилучшей альтернативы действий a(s*) = a*A (иногда - нескольких возможных альтернатив);

4) выдача соответствующих рекомендаций (в виде описания альтернативы a*) ЛПР.

Каждый из этих этапов может быть полностью или только частично автоматизирован. Так, полная автоматизация 1-го этапа достигается только при возможности автоматического ввода признаков x*, что требует наличия соответствующих датчиков, соединенных с вычислительным устройством (например, с персональным компьютером - ПК), на базе которого реализована ЭС. В противном случае некоторые признаки вводятся в ЭС ее пользователем (ЛПР) вручную с клавиатуры или даже просто учитываются мысленно. Второй этап поддается автоматизации, если в вычислитель введены все признаки ситуаций, т.е. нет признаков, учитываемых мысленно. Проблем с автоматизацией 3-го и 4-го этапов, как правило, не возникает.

Обратим теперь внимание на разумную сложность ЭС, учитывая известный принцип экономности [2], т.е. требование к созданию наиболее простой структуры. Исходя из указанного принципа, а также результатов ставшей уже классической работы [3], согласно которой человек может одновременно удерживать во внимании не более 72 признаков, можно сделать вывод, что при проектировании ЭС для различных ситуаций достаточно использовать не более 9 информационных входных признаков. действительно, даже при бинарных 9-ти признаках возможна идентификация одной из 29 = 512 ситуаций; если же каждый из признаков может принимать хотя бы по 3 значения, то даже при 5-ти признаках число возможных ситуаций - 35 = 243 и т.д., что намного больше реально предполагаемых ситуаций практически для любой ЭС. Итак, вывод первый: число n входных сигналов (признаков) не должно быть более 9.

А сколько же может быть самих ситуаций? Вряд ли целесообразно разрабатывать ЭС, в основе которой число различных практических ситуаций NS > 5060. Но это, кстати, означает, что число признаков n 46. Укажем, далее, что, имя в виду цитированную статью [3], при числе ситуаций в несколько десятков целесообразно отображать их многорядной иерархической структурой, при этом каждый ряд иерархии должен содержать не более 4-5 ситуаций - простых или элементарных ситуаций и сложных ситуаций или ситуаций-групп. Простая ситуация является конечной вершиной иерархического дерева ситуаций, и с ней сопоставляется набор возможных или наилучших альтернатив. Сложная ситуация порождает 45 других ситуаций. Среди которых могут быть как элементарные, так и ситуации-группы, и т.д. ситуации на каждом уровне должны сопровождаться оценками их "предпочтительности", определяемыми подсистемой распознавания ЭС на основании текущих признаков x*. Такие же оценки должны присваиваться альтернативам из набора альтернатив, относящихся к каждой элементарной ситуации. Такое построение ЭС предполагает, что ЛПР, исходя из своих предпочтений, опыта, интуиции и т.п., вручную сначала производит переход по дереву ситуаций, пока окончательно не выделит одну из простых ситуаций, затем производит выбор одной из альтернатив, относящихся к данной ситуации. После этого - при необходимости - системой выдается детальное описание требуемых действий ЛПР, реализующих выбранную альтернативу.

Изложенное описание характеризует как варианты пользовательского интерфейса ЭС, так и ее структуры. Реализация интерфейса возможна как электромеханическим путем - с помощью набора клавиш и световых индикаторов, так и чисто программным образом с выдачей информации на дисплей ПК. Вопросы же реализации алгоритмического обеспечения ЭС (подсистем распознавания, выбора альтернатив и т.п.) к настоящему времени являются достаточно проработанными [4-6]. Следует отметить, что как выбор наиболее информативных входных признаков, так и возможных ситуаций и соответствующих им альтернатив, по-видимому, возможен только экспертным путем, с привлечением данных литературных источников. Обновление или модернизация ЭС должна производиться по мере поступления новых знаний о проблемной области.

Иллюстрирующим примером ЭС, которая может быть реализована на основе сформулированных предложений, является ЭС медицинского назначения - для диагностики заболевания и "подсказки" о выборе вариантов лечения. Здесь в качестве простых ситуаций выступают конкретные заболевания, в качестве сложных - группы близких заболеваний (например, различные разновидности гриппа). Альтернативы - различные методы лечения конкретного заболевания.

Резюме

Пользовательский интерфейс ЭС должен обеспечивать взаимосвязь с ЛПР в интерактивном режиме, позволять ЛПР определенную свободу выбора на каждом этапе функционирования системы, отражать иерархическую структуру ее базы знаний и многозначность альтернатив для каждой возможной ситуации.

Литература

Статические и динамические экспертные системы/Э.В.Попов, И.Б.Фоминых, Е.Б.Кисель, М.Д.Шапот. М.: Финансы и статистика, 1996.

Бокс Дж., Дженкинс Г. Анализ временных рядов: Прогноз и управление. Вып. 1 и 2. М.: Мир, 1974.

Miller G. A. The Magic Number Seven plus or Minus Two: Some Limits on Our Capacity for Processing Information // Psychological Review. 1956. № 63. P. 81-97.

Саати Т. Принятие решений. Метод анализа иерархий. М.: Радио и связь, 1993.

Ларичев О.И. Теория и методы принятия решений. М.: Логос, 2000.

Люгер Дж. Ф. Искусственный интеллект: стратегии и методы решения сложных проблем. М.: "Вильямс", 2003.

Черноруцкий И.Г. методы принятия решений. СПб.: БХВ-Петербург, 2005.

Размещено на Allbest.ru